Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Bereitstellung mechatronischer Systeme zur hochdynamischen Blickrichtungssteuerung von Kameras. Im Rahmen des Forschungsverbundes FORBIAS werden die hier dargestellten Systeme in zwei unterschiedlichen Zielsystemen eingesetzt, deren Gemeinsamkeit in der Nachahmung und Verwendung biologischer Prinzipien der Blicksteuerung und -stabilisierung liegt. Bei den Zielsystemen handelt es sich zum einen um eine inertial stabilisierte Fahrzeugkamera, die mit Hilfe eines Gleichgewichtssensors eine nahezu ideale Entkopplung des Kamerabildes von Bewegungen des Thägersystems ermöglicht. Die Algorithmen zur Stabilisierung der Kamera orientieren sich an dem aus der Neurologie bekannten vestibulo-okulären Reflex. Die stabilisierte Fahrzeugkamera bildet eine Grundlage für verschiedenste videobasierte Fahrerassistenzsysteme, die auf der Basis einer dem menschlichen Sehen nachempfundenen Umfeldwahrnehmung beruhen. Die Kombination starrer Weitwinkelkameras mit bewegten Kameras mit Objektiven höherer Brennweite kann dabei als eine Nachbildung des fovealen und peripheren Sehens betrachtet werden. Zum anderen wurde eine am Kopf tragbare Kamera realisiert, die den Augenbewegungen des Benutzers unter geringsten Verzögerungen folgt. Durch die Methode der Video-Okulographie wird die Blickrichtung des Benutzers erkannt und in geeignete Stellsignale umgewandelt, die zur Ansteuerung der Kameraaktorik dienen. Über die Schnittstelle der menschlichen Augenbewegung wurde die Lageinformation des menschlichen Gleichgewichtsorgans gemessen, der die intentionelle Blickrichtung des Benutzers überlagert ist. Zur Regelung der Kamera-Aktorik wurden zwei unterschiedliche Ansätze dargestellt und erprobt. Zunächst wurde eine klassische Kaskadenregelung realisiert, welche ein ausgezeichnetes Folgeverhalten des Systems erlaubt. Während der durchgeführten Fahr- und Flugversuche sowie in Laborexperimenten ermöglichte die Regelung eine hohe Qualität der Bildstabilisierung. Zusätzlich konnte die Kamera-Aktorik zusammen mit dem von GÜNTHNER ET AL. entwickelten Inertialsensor als stabilisierte Helikopterkamera eingesetzt werden. Die durchgeführten Experimente - im Labor, im Straßenverkehr und in der Luft - ergaben, dass die erreichte Bildstabilisierung durchweg als sehr gut bezeichnet werden kann. In der Gesamtbetrachtung kann damit festgestellt werden, dass die durchgeführten Arbeiten einen sinnvollen Beitrag zur Blickrichtungssteuerung in unterschiedlichen biologisch inspirierten Anwendungen geleistet haben. Insbesondere die erfreuliche Resonanz auf die augengesteuerte Kopfkamera und deren Weiterentwicklung im Rahmen von CoTeSys belegen dies.
Hochdynamische Blickrichtungssteuerung von Kamerasystemen
2008
160 Seiten, 89 Bilder, 9 Tabellen, 140 Quellen
Theses
German
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